Séminaire

SÉMINAIRE
Développement des enrobés bitumineux à module élevé
(EME) et à haute résistance en fatigue pour des applications
en régions froides
Montréal, le 30 septembre 2016
****
WORKSHOP
Toward High Performance Asphalt Concrete (HPAC) for Cold
Climates: From a Material Viewpoint to Pavement Behaviour
Montreal, September 30, 2016
Nous remercions nos commanditaires | Thank you to our sponsors
CONTEXTE | CONTEXT
La fatigue est l’un des principaux modes de défaillance des structures de chaussée. Or, il est
possible d’améliorer le comportement associé à la fatigue de la chaussée en réduisant sa déflexion
sous charge. Pour cela, il faut notamment accroître la rigidité du revêtement bitumineux.
Pour réduire au maximum la détérioration de l’enrobé bitumineux et optimiser la tenue de la
chaussée, un nouveau type d’enrobé appelé EME, caractérisé par un module élevé et par une
bonne résistance à la fatigue, a été lancé en France au début des années 1980. Les mélanges
EME sont normalement obtenus au moyen de bitumes très durs (10-20, 15-25 ou 20-30 PEN). Les
mélanges EME requièrent une très grande rigidité allant jusqu’à 14 000 MPa à 15 °C et à 10 Hz,
ainsi qu’un très bon comportement en fatigue. Jusqu’à maintenant, cette technologie n’a jamais été
utilisée dans les régions froides, car sa performance est critique à basse température.
***
Fatigue is one of the principal failure modes observed in pavement structures. One way to improve
bituminous pavement fatigue performance is by reducing pavement deflection, which can be done
by increasing the stiffness of the asphalt base layer(s).
To minimize fatigue damage to the asphalt mixture and optimize pavement performance, a new
type of asphalt mixture called EME, with a high modulus and good fatigue resistance, was
introduced in France in early 1980s. EME mixes are usually produced with very hard bitumen (10–
20, 15–25 or 20–30 pen). Specifications for EME mixes require very high stiffness, as much as
14,000 MPa at 15°C and 10 Hz, with high fatigue performance. Until now, this technology has not
been available in cold regions because of poor performance at low temperatures.
EME POUR LES RÉGIONS FROIDES | EME MIX FOR COLD CLIMATES
Dans les régions froides, les enrobés bitumineux sont habituellement conçus au moyen d’un
bitume assez mou qui empêche la fissuration thermique. Les gammes de bitumes durs, telles que
celles utilisées en Europe pour la production des EME, ne répondent pas aux exigences nordaméricaines liées aux basses températures et ne peuvent donc pas être utilisées dans les régions
froides. La difficulté consiste à adapter les formules des EME traditionnels afin d’améliorer leur
résistance aux basses températures. Pour ce faire, plusieurs pistes de solution peuvent être
envisagées. On peut optimiser le squelette minéral du granulat et utiliser un nouveau type de
bitume constitué principalement de bitume ramolli qu’on modifiera par l’ajout d’un ou de plusieurs
polymères et/ou d’un ou de plusieurs additifs afin d’accroître le spectre d’utilisabilité (nouvelle
classe PG). Ces types d’enrobés bitumineux, caractérisés par leur résistance élevée à la fatigue et
aux basses températures, ainsi que par leur module élevé, seront appelés « Enrobé bitumineux à
rendement élevé », ou HPAC (High Performances Asphalt Concrete).
***
In cold regions, asphalt mixtures are usually designed with relatively soft bitumen to prevent
thermal cracking. Hard bitumen grades, such as those used in Europe to produce EME mixes, did
not meet low temperature requirements for North American applications and could therefore not be
used in cold regions. The challenge for cold regions is to adapt traditional EME mix designs to
improve low temperature resistance. Various avenues could be explored to accomplish this. One
possibility is to optimize the aggregate mix skeleton and use a new bitumen type based on a
softened bitumen modified by adding polymer(s) and/or additive(s) to extend the useable range
1
(new PG grade). These types of asphalt concrete mixes, with high fatigue and low-temperature
resistance, combined with a high modulus, will be designated High Performances Asphalt
Concrete, or HPAC.
OBJECTIFS | OBJECTIVES
Cet atelier sur le développement des HPAC portera principalement sur trois questions :
1) Comment caractériser les HPAC ?
2) Comment produire les HPAC ?
3) Quel effet auront les HPAC sur le comportement de nos routes ?
L’atelier sera divisé en deux grandes parties. Dans la partie I, on abordera les caractéristiques à
l’échelle du matériau des HPAC. Dans la partie II, on se concentrera sur leurs effets quant au
comportement de la chaussée bitumineuse.
Dans la partie I, on explorera les principes qui sous-tendent la formule des mélanges EME types –
tels que ceux développés en France – ainsi que des pistes pour la production des HPAC destinés
aux régions froides. On complétera l’analyse des aspects matériaux en abordant les propriétés
thermomécaniques et le comportement à basse température.
Dans la partie II, on étudiera l’effet des HPAC sur le comportement de la chaussée. On abordera la
question de la gestion et de l’entretien des routes faite de HPAC.
***
This workshop on HPAC development will focus on three main topics:
1) How to characterize HPAC
2) How to produce HPAC
3) How HPAC will impact roads.
The workshop will be divided in two main parts. Part I will deal with the material characteristics of
HPAC, while Part II will focus on pavement impact.
In Part I, concepts behind the formulation of typical EME mixes, as developed in France, and
perspective ways to produce an HPAC material for cold regions, will be explored. Thermomechanical (TM) properties and low temperature behaviour will be discussed to complete the
material level considerations.
Part II will be devoted to pavement behaviour impact when HPAC material is used. Management
and maintenance of roads built with HPAC material will be introduced.
2
HORAIRE | PROGRAM
Heure | Time
8:00
8:20
8:20
8:30
Sujet | Topic
Registration
Inscription
Welcoming Address
Mot de bienvenue
Organisme | Organization
Conférenciers | Speakers
ÉTS
Sylvain Cloutier
PART I – TOWARD HPAC: MATERIAL CALE
PARTIE I – VERS LES HPAC : L’ASPECT MATÉRIAU
8:30
9:00
9:00
9:30
9:30
10:00
10:00
10:30
Mix Design – Current Practices
Conception des mélanges : les pratiques actuelles
The Mechanics of
ÉTS
Pavement – In Short
La mécanique de la
chaussée en un coup
d’oeil
French Experiences
L’expérience française
Ontario Experiences
L’expérience ontarienne
HPAC-EME
Development in Canada
Daniel Perraton
Alan Carter
Eurovia
Éric Layerle
University of Waterloo
Hassan Baaj
CTNA-Eurovia
Marc Proteau
Eiffage Infrastructures
François Olard
ÉNTPE
Cedric Sauzéat
Urbana Champaign
Bill W. Buttlar
Développement des
HPAC-EME au Canada
10:30
10:45
Coffee Break | Pause-café
10:45
11:15
GB5: HPAC Materials for
Cold Climates
11:15
11:45
11:45
12:15
GB5 : les matériaux
HPAC pour les climats
froids
TM Properties of HPAC
Propriétés
thermomécaniques des
HPAC
Low-Temperature HPAC
Cracking
Fissuration à basse
température des EME
12:15
14:00
Lunch | Dîner
3
Heure | Time
Sujet | Topic
Organisme | Organization
Conférenciers | Speakers
PART II – HPAC: PAVEMENT LEVEL
PARTIE II – LES HPAC : L’ASPECT DE LA CHAUSSÉE
14:00
14:30
15:00
14:30
15:00
15:30
Effet des EME sur le
dimensionnement des
chaussées en régions
froides
Impact of HPAC on
Pavement Design in
Cold Regions
From the Laboratory to
the Pavement: Fatigue
and Rutting Models
Du laboratoire à la
route : la fatigue et les
modèles d’orniérage
The Contribution of
Natural Bitumen to the
Implementation of EME
Mixes for Cold Climates
Université Laval
Guy Doré
IFFSTAR
Emmanuel Chailleux
Selenice Bitumi SH.A.
Edith Tartari
University of Waterloo
Susan Tighe
University of New
Hampshire
Eshan Dave
LCMB-ÉTS
Daniel Perraton
Alan Carter
L’apport du bitume
naturel dans la mise en
application des
mélanges EME dans les
climats froids
15:30
15:45
Coffee Break | Pause-café
15:45
16:15
Management and
Maintenance of HPAC
Roads
16:15
16:45
16:45
17:00
La gestion et l’entretien
des routes en HPAC
Comment gérer le
recyclage avec les EME
How to Handle RAP in
HPAC
Clôture
Closing Session
4
Nos conférenciers | Our speakers
Daniel Perraton
Professeur de génie de la construction
à l’ÉTS depuis 1996, Daniel Perraton
mène des recherches sur le
comportement rhéologique de
l’asphalte et sur les interactions
mécaniques et thermomécaniques
observées sur le plan structurel.
Fondées sur l’approche fondamentale
et les sciences appliquées, ses
recherches ont pour objets principaux
les opérations de production et de
pavage ainsi que la conception de la
chaussée.
A professor of construction at ÉTS since
1996, Dr. Perraton researches the
rheological behaviour of asphalt at the
material scale, as well as mechanical and
thermo-mechanical interactions at the
structural scale. Based on a fundamental
approach and applied science, research
programs mainly look at manufacturing
and paving operations and pavement
design.
Alan Carter
Les intérêts en recherche d’Alan
Carter, professeur de génie de la
construction à l’ÉTS depuis 2005, se
focalisent sur l’étude des matériaux et
de la conception de la chaussée. Il
travaille principalement sur les
matériaux bitumineux recyclés chauds
et froids, sur la conception de
mélanges, sur la caractérisation de
mélanges d’asphalte traités par
émulsion et de mélanges chauds ou
semi-chauds, ainsi que sur la
conception mécanique-empirique de la
chaussée.
A professor of construction at ÉTS since
2005, Dr. Carter’s research interests
centre on the study of pavement design
and pavement materials. He mostly works
with hot and cold recycling of bituminous
materials, mix design, and
characterization of emulsion-treated
asphalt mixtures and warm and half-warm
mixes, as well as mechanical-empirical
pavement design.
Guy Doré
Guy Doré est professeur de génie de
la chaussée au Département de génie
civil de l’Université Laval depuis l’été
1997. Il est très actif dans la recherche
sur la réponse et sur la performance
de la chaussée dans les climats froids.
Il est actuellement titulaire de la Chaire
en recherche industrielle du CRSNG
sur l’interaction entre le camionnage,
le climat et la chaussée. Il gère aussi
le programme de recherche
ARQULUK sur le génie du pergélisol
appliqué à l’infrastructure du transport.
Dr. Doré has been a professor of
pavement engineering in Laval
University’s civil engineering department
since the summer of 1997. He is very
active in research on pavement response
and performance in cold climates. He
currently holds the NSERC Industrial
Research Chair for interaction between
trucks, climates, and pavement, and he
manages the ARQULUK research
program on permafrost engineering
applied to transportation infrastructure.
Susan Tighe
Susan Tighe est professeure à
l’Université de Waterloo depuis 2000.
Elle est titulaire de la Chaire Norman
McLeod sur le génie de la chaussée
durable et elle dirige le Centre de
technologie de la chaussée et du
transport. Ses recherches portent sur
la gestion, sur la durabilité et sur la
conception de la chaussée.
A professor at the University of Waterloo
since 2000, Susan Tighe is the Norman
W. McLeod Chair in Sustainable
Pavement Engineering and Director of the
Centre for Pavement and Transportation
Technology. Her research focuses on
pavement management, sustainability
and design.
Elle a dirigé plus de 60 étudiants des
cycles supérieurs et publié plus de
400 articles au Canada et à l’étranger.
She has supervised over 60 graduate
students and published more than 400
publications in Canada and
internationally.
5
Nos conférenciers | Our speakers
Emmanuel Chailleux
Emmanuel Chailleux a obtenu le grade
de Ph. D. en 2000 de l’École Centrale
de Lyon dans le domaine des
polymères.
Chercheur au sein du département
sur les chaussées à l’IFSTTAR depuis
2004, sa recherche vise l’étude des
performances des liants bitumineux, la
rhéologie, la modélisation du
comportement viscoélastique et celle
des phénomènes liés au vieillissement
et à la fissuration. Il supervise
actuellement le développement et la
caractérisation de nouveau bitume
alternatif élaboré à partir de biomasse.
Il est actuellement secrétaire du
comité technique SIB : Testing and
Characterization of Sustainable
Innovative Bituminous Materials and
Systems. Il est l’auteur de 43 articles
scientifiques.
Emmanuel Chailleux obtained a PhD in
2000 from the "Ecole Centrale de Lyon
(France)" in polymer science field.
Since 2004 he has been in permanent
position at IFSTTAR in the pavement
department. His current instigations deal
with bituminous binder performances,
including rheological properties,
viscoelastic modelling, ageing and
cracking phenomena.
He also conducts researches to
develop and characterise alternative
binder from biomass.
He is the secretary of the RILEM
technical committee SIB (Testing and
Characterization of Sustainable
Innovative Bituminous Materials and
Systems).
He is the authors of 43 research
papers.
François Olard
François Olard est directeur,
Recherche et Développement au sein
la société des routes EIFFAGE. Expert
de l’asphalte mondialement reconnu, il
a publié plus de 120 articles
scientifiques, dont 30 ont été évaluées
par des pairs.
M. Olard est professeur associé à
l’École de technologie supérieure.
Dr. Olard is the R&D director at EIFFAGE
Route company. François is a well-known
international expert in the asphalt arena.
He has published more than 120 scientific
papers, including 30 in peer-reviewed
international journals.
Mr Olard is an associate professor at
the École de technologie supérieure.
Marc Proteau
Marc Proteau est diplômé de de
l’École de technologie supérieure
(1986) en génie civil. Il travaille pour le
Groupe Eurovia depuis 1984.
Après avoir occupé chez
Construction DJL le poste de directeur
technique et ingénierie (1991-2002) et
celui de vice-président technique et
développement (2002-2008), il accède
en 2008 au poste de directeur
technique, Amérique du Nord, au sein
de la délégation d’Eurovia. Il agit
comme directeur technique pour les
Amériques depuis 2012.
Il est très actif depuis plusieurs
années au sein de nombreux comités
et associations techniques.
Marc Proteau completed his degree in
civil engineering at the École de
Technologie Supérieure ÉTS in 1986 and
has been working for Groupe Eurovia
since 1984. After serving as technical and
engineering director at Construction DJL
(1991–2002) and vice-president of
technology and development (2002–
2008), he accepted the position of
technical director for North America within
the Eurovia group in 2008 and has served
as technical director of the Americas
since 2012.
Mr Proteau has been extremely active
over the last several years within a variety
of committees and technical associations.
6
Nos conférenciers | Our speakers
Hassan Baaj
Dr. Baaj est, depuis 2014, professeur
agrégé à l'Université de Waterloo, en
plus d’être professeur en matériaux et
chaussées à Norman W. McLeod.
Il compte plus de 20 ans
d'expérience internationale dans le
domaine des matériaux et des
structures de chaussées, à la fois dans
le secteur privé et dans le milieu
universitaire.
Ses activités de recherche se
concentrent sur la recherche de
matériaux de chaussées innovantes et
durables.
Dr. Baaj joined the University of Waterloo
in 2014 as Associate Professor and
Norman W. McLeod Professor in
Pavement Materials. He has more than
20 years of international experience in the
area of the pavement materials and
structures both in the private sector and
academia.
His research activities focus on the
investigation of innovative and
sustainable pavement materials.
Bill W. Buttlar
Bill W. Buttlar est titulaire de la Chaire
de génie civil et environnemental Glen
Barton de l’Université du MissouriColumbia (MU), où il supervise le
laboratoire d’innovation et de pavage
d’asphalte du Missouri (MAPIL), situé
sur le campus de la « Mizzou ».
Au cours des 20 dernières années,
M. Buttlar a travaillé comme
professeur de génie civil et
environnemental à l’Université de
l’Illinois (Urbana-Champaign) (UIUC)
et a été doyen associé et chercheurboursier Narbey Khachaturian.
Il a publié plus de 200 articles dans
le domaine des matériaux et des
chaussées d’asphalte et a donné plus
de 50 conférences et discours
d’ouverture.
M. Buttlar est le titulaire de la
Chaire de RILEM TC-MCD et
rédacteur en chef de la revue
International Journal of Road Materials
and Pavement Design. Il siège au
conseil d’administration de
l’Association des technologues en
pavage d’asphalte (AAPT). Il est
membre fondateur de City Digital à
U+ILabs à Chicago, en Illinois, où il
dirige des projets d’infrastructure
intelligente.
Dr. Buttlar was named the Glen Barton
Chair in Civil and Environmental
Engineering at the University of MissouriColumbia (MU), where he oversees the
Missouri Asphalt Pavement and
Innovation Lab (MAPIL) on the “Mizzou”
campus.
For the past 20 years, Dr. Buttlar has
served as a professor of civil and
environmental engineering at the
University of Illinois at Urbana-Champaign
(UIUC) and held the title of Narbey
Khachaturian Endowed Faculty Scholar
and Associate Dean.
He has over 200 publications in the
area of asphalt materials and pavements
and has given over 50 presentations and
keynote lectures.
Dr. Buttlar is the chair of RILEM TCMCD, editor-in-chief of the International
Journal of Road Materials and Pavement
Design, and serves on the board of
directors for the Association of Asphalt
Paving Technologists (AAPT).
He is a founding member of City Digital at
U+ILabs in Chicago, Illinois, and provides
leadership in smart infrastructure
initiatives at the centre.
7
Nos conférenciers | Our speakers
Eshan Dave
Professeur adjoint à l’Université du
New Hampshire depuis 2015, Eshan
Dave mène des recherches sur
l’évaluation et la modélisation de la
performance des matériaux de la
chaussée.
Ses recherches actuelles portent
sur les caractéristiques de
performance, sur l’analyse du cycle de
vie, ainsi que sur les processus
d’assurance-qualité et d’entretien de la
chaussée.
Il possède plus de 15 années
d’expérience en recherche et il a
publié plus de 60 articles.
An assistant professor at the University of
New Hampshire since 2015, Eshan
Dave’s research interests focus on
performance evaluation and performance
modelling of pavement materials.
His current research is on
performance-based specifications, life
cycle analysis, QA processes and
pavement maintenance.
He has over 15 years of research
experience and over 60 publications.
Édith Tartari
Édith Tartari est responsable de la
gestion du Service technique chez
Selenice Bitumi Sha, une société qui
extrait et commercialise le bitume
naturel provenant du dépôt de
Selenicë, en Albanie.
Depuis 2007, Mme Tartari s’occupe
du suivi et de l’évaluation des projets
de recherche et des travaux de thèse
menés par les laboratoires et les
universités dans le but de développer
le produit de la société Selenice.
Elle prend part à des conférences
et à des salons internationaux et elle a
publié des articles dans des revues
spécialisées.
Edith Tartari (M. Sc. Eng.) is responsible
for the Technical Department at Selenice
Bitumi Sha, which works to extract and
commercialize natural bitumen from the
Selenice deposit in Albania.
Since 2007, she has been in charge of
follow-up and evaluation of research
projects and thesis work conducted by
laboratories and universities, with the aim
of developing the product.
She participates in international
conferences and exhibitions and has
published articles in specialized
magazines.
Cédric Sauzéat
Cédric Sauzéat est professeur adjoint
à l’ÉNTPE de l’Université de Lyon
depuis 2003. Ses recherches portent
sur le comportement des matériaux
bitumineux (liants, mastics et
mélanges) et sur le comportement des
structures de la chaussée. Ses travaux
couvrent différents domaines : la
viscoélasticité dans le champ de la
pression réduite, les dommages
causés par la fatigue, le champ de la
pression forte avec charge cyclique et
défaillance, le couplage
thermomécanique et la propagation
des fissures.
M. Sauzéat s’attache à observer, à
décrire et à analyser les phénomènes
dans le but de concevoir des modèles
rhéologiques adaptés.
Dr. Cédric Sauzéat has been an assistant
professor at ENTPE, University of Lyon,
since 2003. His research focuses on the
behaviour of bituminous materials
(binders, mastics and mixtures) and the
behaviour of pavement structures. This
research focuses on different domains,
viscoelasticity for small strain domains,
damage induced by fatigue, large strain
domains until failure with cyclic loading,
thermo-mechanical coupling and crack
propagation.
Phenomena are observed, described
and analyzed in order to develop adapted
rheological models.
8